DE1197423B - Process for the biochemical production of orotic acid - Google Patents
Process for the biochemical production of orotic acidInfo
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Deutsche Kl.: 6b-16/02 German class: 6b-16/02
1197423
K 43988IV a/6 b
13.Juni 1961
29. Juli 19651197423
K 43988IV a / 6 b
June 13, 1961
July 29, 1965
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur biochemischen Herstellung von Orotsäure durch aerobe Züchtung einer Pyrimidinsubstanzen erfordernden Mikroorganismenmutanten in einem hierfür üblichen Nährmedium unter Aufrechterhaltung eines pH-Wertes über 5,5.The invention relates to a process for the biochemical production of orotic acid by aerobic means Cultivation of a pyrimidine substance requiring mutant microorganisms in a conventional one Nutrient medium while maintaining a pH above 5.5.
Orotsäure ist eine Vorstufe von Pyrimidinverbindungen, die Bestandteile von Nucleinsäuren sind, und wird als die gleiche Substanz wie Vitamin B13 angesehen, das wichtig für den Stoffwechsel von Nucleinsäuren, die Vermehrung der Zellen im lebenden Körper, die Vererbung, die Proteinsynthese und den Stoffwechsel von Sacchariden und Lipoiden ist. Bei neueren Untersuchungen an der Orotsäure wurde gefunden, daß sie eine bemerkenswerte Wirksamkeit bei der Behandlung von Leberkrankheiten und eine blutbildende sowie eine wachstumsfördernde Wirkung hat. Orotsäure nimmt also eine immer wichtigere Stellung ein.Orotic acid is a precursor of pyrimidine compounds, which are constituents of nucleic acids, and is considered the same substance as vitamin B 13 , which is important for the metabolism of nucleic acids, the multiplication of cells in the living body, heredity, protein synthesis and the metabolism of Saccharides and lipoids is. In recent studies on orotic acid, it has been found that it is remarkably effective in the treatment of liver diseases and has both hematopoietic and growth-promoting effects. Orotic acid is therefore becoming increasingly important.
Es ist bekannt, daß Mutanten von Neurospora crassa, die Pyrimidine erfordern, eine kleine Menge Orotsäure im Kulturmedium anhäufen (Journ. of Biological Chemistry, 172, S. 525, 1948). Es wurde jedoch noch kein technisch brauchbares Verfahren zur Herstellung von Orotsäure durch Gärung vorgeschlagen. It is known that mutants of Neurospora crassa requiring pyrimidines have a small amount Accumulate orotic acid in the culture medium (Journ. Of Biological Chemistry, 172, p. 525, 1948). It was however, no technically viable process for the production of orotic acid by fermentation has yet been proposed.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur biochemischen Herstellung von Orotsäure durch aerobe Züchtung einer Pyrimidinsubstanzen erfordernden Mikroorganismenmutanten in einem hierfür üblichen Nährmedium unter Aufrechterhaltung eines pH-Wertes von über 5,5 vorgeschlagen, das darin besteht, daß man die Mikroorganismenmutanten Mikrokokkus glutamicus (534-615-305) ATCC 14275, Mikrokokkus glutamicus (588-208) ATCC 14276 oder Brevibakterium ammoniagenes ATCC 6871 verwendet.According to the invention a method for biochemical Production of orotic acid by aerobic cultivation of a pyrimidine substance requiring Microorganism mutants in a nutrient medium customary for this purpose while maintaining a pH value of over 5.5 proposed, which consists in the fact that the microorganism mutants Micrococcus glutamicus (534-615-305) ATCC 14275, micrococcus glutamicus (588-208) ATCC 14276 or Brevibacterium ammoniagenes ATCC 6871 used.
Erfindungsgemäß wird Orotsäure in höherer Ausbeute in einer Kulturflüssigkeit unter Verwendung einer billigen Kohlenstoffquelle, wie Kohlenhydrate, organische Säuren u. dgl., und einer anorganischen Stickstoffquelle als Ausgangsmaterial gebildet. Durch Züchten der genannten Mikroorganismen unter geeigneten Bedingungen wird fast nur Orotsäure in beträchtlicher Menge unter Entstehung nur geringer Mengen an Nebenprodukten, wie Aminosäuren, organischen Säuren u. dgl., angesammelt. Die gebildete Menge an Orotsäure ist so groß, daß sie bei weitem die Löslichkeit der Säure, ihres Ammoniumsalzes oder anderer Salze in dem Gärungsmedium überschreitet. So wird ein großer Teil der Orotsäure oder ihres Salzes in kristalliner Form in dem Kulturmedium während der Gärung ausgeschieden, und dieIn the present invention, orotic acid is used in a higher yield in a culture liquid an inexpensive carbon source such as carbohydrates, organic acids and the like, and an inorganic one Formed nitrogen source as the starting material. By growing the mentioned microorganisms under suitable Conditions is almost only orotic acid in a considerable amount with the formation of only lower Amounts of by-products such as amino acids, organic acids and the like are accumulated. The educated The amount of orotic acid is so great that it far exceeds the solubility of the acid, its ammonium salt or other salts in the fermentation medium. This is how much of the orotic acid becomes or its salt is excreted in crystalline form in the culture medium during fermentation, and the
Verfahren zur biochemischen Herstellung
von OrotsäureProcess for biochemical production
of orotic acid
Anmelder:Applicant:
Kyowa Hakko Kogyo Co. Ltd., TokioKyowa Hakko Kogyo Co. Ltd., Tokyo
Vertreter:Representative:
Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,Dr.-Ing. H. Ruschke, patent attorney,
Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Shukuo Kinoshita,Shukuo Kinoshita,
Katsunobu Tanaka, Tokio;Katsunobu Tanaka, Tokyo;
Kazuo Kimura, Sagamihara-shi (Japan)Kazuo Kimura, Sagamihara-shi (Japan)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Japan vom 15. Juni 1960 (27 737)Japan June 15, 1960 (27 737)
gebildete Orotsäure kann nach Beendigung der Züchtung in einfacher Weise abgetrennt und gewonnen werden.Orotic acid formed can be separated and recovered in a simple manner after the cultivation is complete will.
Die Erscheinung, daß eine derart große Menge an Orotsäure in kristalliner Form in dem Kulturmedium gebildet wird, wurde noch nie beobachtet und ist daher neu. Es wurde also ein vorteilhaftes neuartiges Verfahren zur technischen Herstellung von Orotsäure gefunden.The phenomenon that such a large amount of orotic acid in crystalline form in the culture medium has never been observed and is therefore new. So it became a beneficial novel Process for the industrial production of orotic acid found.
Der erfindungsgemäße Mikrokokkus-glutamicus Stamm (534-615-305) ATCC 14275 braucht Uracil zum Wachstum und wurde durch künstliche Mutation von Mikrokokkus glutamicus 534 erhalten. Die bakteriologischen Eigenschaften von Mikrokokkus glutamicus sind in der japanischen Patentschrift 243 382 und in Bulletin of the Agricultural Chemical Society of Japan, 22, Nr. 3, S. 176 bis 185, beschrieben. Die Mutante (534-615-305) ATCC 14275 wurde durch ultraviolette Bestrahlung des Originalstammes erhalten und unterscheidet sich von diesem dadurch, daß sie Uracil zum Wachstum braucht.The micrococcus glutamicus strain according to the invention (534-615-305) ATCC 14275 needs uracil for growth and was obtained by artificial mutation of micrococcus glutamicus 534. the bacteriological properties of micrococcus glutamicus are in Japanese patent specification 243,382 and in Bulletin of the Agricultural Chemical Society of Japan, 22, No. 3, pp. 176-185. The mutant (534-615-305) ATCC 14275 was obtained by ultraviolet irradiation of the original strain and differs from this in that it needs uracil for growth.
Alle organischen und synthetischen Kulturmedien können bei dem erfindungsgemäßen Gärungsver-All organic and synthetic culture media can be used in the fermentation process according to the invention
509 628/66509 628/66
fahren verwendet werden, soweit sie eine Kohlenstoffquelle, eine Stickstoffquelle, Mineralstoffe und andere Nährstoffe enthalten, wie sie in den folgenden Beispielen gezeigt werden.driving are used insofar as they are a carbon source, contain a nitrogen source, minerals, and other nutrients as shown in the following examples to be shown.
Als Kohlenstoffquelle können verschiedene Kohlenhydrate, wie Glucose, Fructose, Mannose, Galactose, Saccharose, Maltose, Glycerin, Mannit, Stärkehydrolysat, Melasse u. dgl., verwendet werden. Ferner können organische Säuren, wie Glucon-, Essig-, Milch-, Brenztrauben-, Citronen-, Aconit-, «-Ketoglutar-, Fumar-, Äpfel-, Oxalessigsäure und andere Säuren, allein oder in Verbindung mit dem Kohlenhydrat verwendet werden.Various carbohydrates such as glucose, fructose, mannose, galactose, Sucrose, maltose, glycerin, mannitol, starch hydrolyzate, molasses and the like can be used. Further can organic acids, such as gluconic, vinegar, milk, pyrography, lemon, aconite, «ketoglutar, Fumaric, malic, oxaloacetic and other acids, alone or in combination with the carbohydrate be used.
Als Stickstoffquelle können Ammoniak, verschiedene anorganische und organische Ammoniumsalze, wie Ammoniumsulfat, -chlorid, -nitrat, -phosphat, -carbonat, -acetat u. dgl., verschiedene Nitrate, Harnstoff und andere Stickstoff enthaltende Verbindungen sowie Pepton, NZ-Amin, Fleichextrakt, Hefeextrakt, Maisquellwasser, Aminosäuren, wie Glutamin-, Asparagin- und andere Säuren, und Hydrolysate von Proteinen, wie Casein, Fischmehl, Sojabohnentreber, Chrysalis, Gärungsrückstände u. a., verwendet werden. Wenn ein reines synthetisches Kulturmedium verwendet wird, wird bei Zusatz einer geeigneten Menge Biotin und Uracil, die für das Wachstum der Bakterien erforderlich sind, Orotsäure in gleichem Maße oder in wesentlich größerer Menge wie bei der Verwendung der obenerwähnten natürlichen organischen Nährstoffe.As a nitrogen source, ammonia, various inorganic and organic ammonium salts, such as Ammonium sulfate, chloride, nitrate, phosphate, carbonate, acetate and the like, various nitrates, urea and other nitrogen-containing compounds such as peptone, NZ-amine, meat extract, yeast extract, Corn steep liquor, amino acids such as glutamic, aspartic and other acids, and hydrolysates of Proteins such as casein, fish meal, soybean grains, chrysalis, fermentation residues and others can be used. If a pure synthetic culture medium is used, an appropriate amount is added Biotin and uracil, which are necessary for the growth of bacteria, orotic acid in equal measure or in a much larger amount than when using the above-mentioned natural organic Nutrient.
Als Mineralstoffe können Dikaliumphosphat, Monokaliumphosphat, Magnesiumsulfat, Eisensulfat, Mangansulfat, Calciumcarbonat u. dgl. verwendet werden.As minerals dipotassium phosphate, monopotassium phosphate, magnesium sulfate, iron sulfate, manganese sulfate, Calcium carbonate and the like can be used.
Die Gärung wird bevorzugt unter aeroben Bedingungen ausgeführt, z. B. durch Züchten unter Schütteln, Züchten unter Rühren und Belüften u. dgl. Die Wachstumstemperatur kann 24 bis 370C, bevorzugt 28 bis 33° C, betragen. Der pH-Wert pflegt während des Wachstums unter 7,0 abzusinken, er kann aber bevorzugt zu Beginn oder während des Züchtern auf 5,5 bis 8,5 mittels eines geeigneten Neutralisationsmittels eingestellt werden, wenn höhere Ausbeuten erzielt werden sollen. Als Neutralisationsmittel können wäßriges Ammoniak, ein Alkalihydroxyd, wie Natriumhydroxyd, Kaliumhydroxyd u. dgl., Ammoniumcarbonat, Calciumcarbonat, Calciumhydroxyd u. dgl. verwendet werden. Durch Zusatz von Harnstoff wird Ammoniak geliefert und ein pH-Wert eingestellt, der für die Bildung von Orotsäure günstig ist. Eine bemerkenswert große Menge an Orotsäure häuft sich in dem Kulturmedium innerhalb von 2 bis 3 Tagen an.Fermentation is preferably carried out under aerobic conditions, e.g. Example by cultivation with shaking culturing u with agitation and aeration. Like. The growth temperature may be 24 to 37 0 C, preferably 28 to 33 ° C, respectively. The pH value tends to drop below 7.0 during growth, but it can preferably be adjusted to 5.5 to 8.5 using a suitable neutralizing agent at the beginning or during the cultivation if higher yields are to be achieved. As the neutralizing agent, aqueous ammonia, an alkali hydroxide such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like, ammonium carbonate, calcium carbonate, calcium hydroxide and the like can be used. By adding urea, ammonia is supplied and a pH value is set that is favorable for the formation of orotic acid. A remarkably large amount of orotic acid accumulates in the culture medium within 2 to 3 days.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele eingehender erläutert.The present invention is illustrated in more detail by the following examples.
55 Beispiel 155 Example 1
In jeden von einer Reihe von 250-ccm-Erlenmeyerkolben wurden 20 ecm eines Gärungsmediums gegeben und vor der Verwendung sterilisiert. Das Medium enthält 5,0 % Glucose, 1,5 % Ammoniumacetat, 0,05 % Monokaliumphosphat, 0,05 % Dikaliumphosphat, 0,5% Harnstoff, 0,5% Hefeextrakt, 0,05% Magnesiumsulfat, 0,001% Mangansulfat, 0,5% Ammoniumsulfat und lOy/1 Biotin.In each of a number of 250 cc Erlenmeyer flasks were given 20 ecm of a fermentation medium and sterilized before use. The medium contains 5.0% glucose, 1.5% ammonium acetate, 0.05% monopotassium phosphate, 0.05% dipotassium phosphate, 0.5% urea, 0.5% yeast extract, 0.05% magnesium sulfate, 0.001% manganese sulfate, 0.5% ammonium sulfate and 10y / 1 biotin.
Die unten angegebenen Bakterienmutanten, die Pyrimidine erfordern, wurden auf je eines der Medien gegeben und bei 309C unter Schütteln gezüchtet.The bacterial mutants indicated below which require pyrimidines were each added to one of the media and cultured at 30 ° C. with shaking.
Nach 72 Stunden wurde die gebildete Menge Orotsäure wie folgt bestimmt:After 72 hours, the amount of orotic acid formed was determined as follows:
an Orotsäure
(g/100 ecm)Educated crowd
of orotic acid
(g / 100 ecm)
(534-615-305) ATCC 14275
Mikrokokkus glutamicus
(588-208) ATCC 14276
Brevibakterium ammoniagenes
ATCC 6871 Glutamic micrococcus
(534-615-305) ATCC 14275
Glutamic micrococcus
(588-208) ATCC 14276
Brevibacterium ammoniagenes
ATCC 6871
0,41
0,300.52
0.41
0.30
In diesem Beispiel wurde der Stamm Mikrokokkus glutamicus (534-615-305) ATCC 14275 verwendet. Je 500 Teile eines Kulturmediums wurden in einen 2000-ccm-Erlenmeyerkolben gegeben und vor der Verwendung sterilisiert.In this example, the strain Micrococcus glutamicus (534-615-305) ATCC 14275 was used. 500 parts of a culture medium were placed in a 2000 ccm Erlenmeyer flask and before the Use sterilized.
Das Gärungsmedium hatte die folgende Zusammensetzung: Glucose 5,0%; KH2PO4 0,05%; K2HPO4 0,05%; MgSO4 · 7 H2O 0,05%; MnSO4 · 4 H2O 0,001%; FeSO4-7 H2O 0,001%; (NH^2SO4 0,5%; Harnstoff 0,5%; Uracil lOOy/ccm; Biotin 25y/l (pH 7,0).The fermentation medium had the following composition: glucose 5.0%; KH 2 PO 4 0.05%; K 2 HPO 4 0.05%; MgSO 4 · 7H 2 O 0.05%; MnSO 4 · 4 H 2 O 0.001%; FeSO 4 -7 H 2 O 0.001%; (NH ^ 2 SO 4 0.5%; urea 0.5%; uracil 100y / ccm; biotin 25y / l (pH 7.0).
Nach dem Beimpfen mit dem Stamm wurde das Medium unter Schütteln gezüchtet, wobei die Temperatur bei 30° C gehalten wurde. Während des Züchtens wurde Harnstoff zugesetzt, um die Ammoniakquelle zu ergänzen und den pH-Wert der Gärungsflüssigkeit zwischen 6,0 und 8,0 zu halten. Im Verlauf des Wachstums werden Kristalle von Ammoniumorotat aus dem Medium abgeschieden. Nach 72 Stunden wird eine Flüssigkeit erhalten, die 0,8% Orotsäure enthält.After inoculating the strain, the medium was grown with shaking while keeping the temperature was kept at 30 ° C. During the cultivation, urea was added to the source of ammonia to supplement and to keep the pH of the fermentation liquid between 6.0 and 8.0. In the course of growth, crystals of ammonium orotate are separated from the medium. After 72 hours a liquid is obtained which contains 0.8% orotic acid.
Das im Beispiel 2 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, wobei ein Kulturmedium verwendet wurde, das 10,0% Glucose, 0,05% KH2PO4, 0,05% K2PO4, 0,05% MgSO4-7 H2O, 0,001% MnSO4-4H2O, 0,001% FeSO4-7 H2O, 0,5% (NH^SO,, 0,5% Harnstoff, 20y/l Biotin und lOOy/ccm Uracil enthielt. Die Züchtung dauerte 72 Stunden. Die gebildete Menge an Orotsäure betrug 10 mg/ccm. Die Kristalle fielen während der Gärung aus und wurden isoliert, und die filtrierte Gärungsflüssigkeit wurde eingengt. Die beim Abkühlen des Konzentrats gebildeten Kristalle wurden abfiltriert. Aus 11 Gärflüssigkeit (die 10 g Orotsäure enthielt) wurde Ammoniumorotat in einer Menge isoliert, die 9,2 g Orotsäure entsprach. Das Salz der Orotsäure läßt sich leicht in die freie Säure überführen, indem es mit verdünnter Salzsäure erwärmt wird.The procedure described in Example 2 was repeated using a culture medium containing 10.0% glucose, 0.05% KH 2 PO 4 , 0.05% K 2 PO 4 , 0.05% MgSO 4 -7 H 2 Contained 0.1001% MnSO 4 -4H 2 O, 0.001% FeSO 4 -7H 2 O, 0.5% (NH 4 SO, 0.5% urea, 20 y / l biotin and 100 y / cc uracil. The cultivation lasted 72 hours. The amount of orotic acid formed was 10 mg / cc. The crystals precipitated during fermentation and were isolated, and the filtered fermentation liquor was concentrated. The crystals formed on cooling the concentrate were filtered off. From 11 fermentation liquor (which 10 g Orotic acid), ammonium orotate was isolated in an amount corresponding to 9.2 g of orotic acid The salt of orotic acid can easily be converted into the free acid by heating it with dilute hydrochloric acid.
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